隨著《中國制造2025》戰略的實施,中國企業將深入開展同德國“工業4.0”技術的對接合作,從而進一步提升我國企業的國際競爭力,為此,我們必須深入了解“工業4.0”技術。《工業4.0技術及應用》簡單介紹了世界工業革命的歷史,以及“工業4.0”技術的發展過程及其對世界和我國的影響;然后,從軟件到硬件、從設備到技術、從專業到學科,全面介紹了工業4.0的應用軟件、工業4.0的硬件系統;最后,《工業4.0技術及應用》以智能工廠的設計、安裝和調試為例,綜合介紹了如何應用工業4.0技術的具體實例。
《工業4.0技術及應用》可供廣大企業決策、管理和技術人員閱讀參考,也可作為高等學校相關專業的教材。
適讀人群 :本書可供廣大企業決策、管理和技術人員閱讀參考,也可作為高等學校相關專業的教材。
隨著《中國制造2025》戰略的實施,中國企業將深入開展同德國“工業4.0”技術的對接合作,從而進一步提升我國企業的國際競爭力,為此,我們必須深入了解“工業4.0”技術。《工業4.0技術及應用》簡單介紹了世界工業革命的歷史,以及“工業4.0”技術的發展過程及其對世界和我國的影響;然后,從軟件到硬件、從設備到技術、從專業到學科,全面介紹了工業4.0的應用軟件、工業4.0的硬件系統;以智能工廠的設計、安裝和調試為例,綜合介紹了如何應用工業4.0技術的具體實例。
《工業4.0技術及應用》在編寫中力圖體現以下特色:
1.《工業4.0技術及應用》緊扣我國工業現狀,面向產業結構調整,緊扣《中國制造2025》綱要,適合企業需求,解決企業轉型升級的關鍵技術。
2.《工業4.0技術及應用》從工業4.0的應用角度,詳細介紹了工業4.0的應用軟件和硬件系統,還通過實例講解了工業4.0的具體應用方法,內容實用,是我國從事相關政策研究人員、企業管理者的必讀書籍。
3.《工業4.0技術及應用》用簡明易懂的語言,闡述了工業4.0技術,便于中高職職業教育和應用型大學的專業布局和開設新專業時閱讀參考。
自2009 年起,美國就著力調整經濟發展戰略,先后出臺了《美國復蘇和再投資法案》《重振美國制造業框架》《美國制造業促進法案》《先進制造伙伴計劃》《先進制造業國家戰略計劃》和《制造創新國家網絡》等法案和政策,他們希望通過實施再工業化戰略,重振制造業,從而搶占世界制造業高端,并在此基礎上維持美國世界超級大國的地位。德國政府也緊隨著推出工業4.0 戰略,它的推出,宣告著人類工業革命將邁入工業4.0 時代。這些政策措施的紛紛出臺,疑將會進一步促進和提升制造業的發展,進一步朝著智能制造的時代邁進。
為此,我國國務院于2015 年5 月8 日正式發布了《中國制造2025》,指出未來十年我國工業的“五大重點工程”和“十大發展領域”,并為此專門成立了“國家制造強國領導小組”,2017 年習總書記訪問德國時正式提出:“中國制造2025”將與德國“工業4.0”戰略對接,至此,工業4.0 成為中國乃至全世界共同矚目的概念。
隨著“中國制造2025”戰略的實施,中國企業將深入開展同德國“工業4.0”技術的對接合作,從而進一步提升我國企業的國際競爭力,為此,我們必須深入了解“工業4.0”技術。本書簡單介紹了世界工業革命的歷史,以及“工業4.0”技術的發展過程及其對世界和我國的影響;然后,從軟件到硬件、從設備到技術、從專業到學科,全面介紹了工業4.0 的應用軟件和硬件系統;最后,以智能工廠的設計、安裝和調試為例,綜合介紹了如何應用工業4.0 技術的具體實例。
本書在編寫中力圖體現以下特色:
1.緊扣我國工業現狀,面向產業結構調整,緊扣《中國制造2025》綱要,適合企業需求,解決企業轉型升級的關鍵技術。
2.本書從工業4.0 的應用角度,詳細介紹了工業4.0 的應用軟件和硬件系統,通過實例講解了工業4.0 的具體應用方法,內容實用,是我國從事相關政策研究人員、企業管理者的必讀書籍。
3.本書用簡明易懂的語言,闡述了工業4.0 技術,便于職業教育培訓和應用型大學相關專業教學使用。
由于工業4.0 軟件技術在我國剛剛開始應用,尚有許多未知的新技術,加之編者學識和水平有限,書中如有不妥之處,敬請讀者批評指正。
編著者
2018年1月
馬志敏,吉林省工業技師學院,國家電工與電子技術學科帶頭人,教育部學術研究員,教研室主任,吉林機電專業科帶頭人,國家職業技能鑒定考評員,教育部中國職教學會信息化工作委員會全國微課專家遴選人,吉林市政府采購評審專家,吉林省工業技師學院機電技術應用專業建設委員會委員。
研究方向:機電技術應用、自動控、電工與電子技術、工業機器人、電力拖動控制技術、PLC控制技術等。
先后擔任過《電工學》、《電力拖動》、《電工材料》、《電工儀表》、《電工基礎》、《工業機器人》、《制藥機械控制》、《垃圾處理設備控制》、《單片機》、《工廠電氣控制設備》、《PLC控制技術》、《電工與電子技術》、《設備電氣控制技術》、《焊接電工》、《液壓與氣壓傳動》、《電氣控制與自動化系統》、《變頻器》、《觸摸屏》、《CNC系統簡介》、《步進電機》、《數控機床進給傳動鏈組件》、《伺服驅動器》、《數控機床維修》等課程的理論教學和實踐教學。
第一章 工業發展概述 1
第一節 工業1.0 的發展過程及其影響 1
第二節 工業2.0 的發展過程及其影響 4
第三節 工業3.0 的發展過程及其影響 7
第四節 工業4.0 的發展過程及其影響 10
第二章 工業4.0 的應用軟件 16
第一節 TIA Portal 軟件 16
第二節 西門子MES 系統 133
第三章 工業4.0 的硬件系統 148
第一節 西門子計算機集成自動智能系統概述 148
第二節 AGV 150
第三節 機器人視覺 156
第四節 工業機器人 174
第五節 RFID 系統、傳輸線體及倉儲 184
第六節 數控機床及總控單元 188
第四章 工業4.0 應用實例 194
第一節 智能工廠的設計 194
第二節 智能工廠的安裝與調試 204
參考文獻 216
八、比較成熟的工業4.0模式的智能工廠
(一)智能工廠的基本組成
比較成熟的工業4.0智能工廠的基本組成如圖4-12所示。
圖4-12 比較成熟的工業4.0智能工廠的基本組成
(二)智能工廠的基本理念
比較成熟的工業4.0智能工廠的基本理念如圖4-13所示。
圖4-13 比較成熟的工業4.0智能工廠的基本理念
1.智能計劃排產
通過集成,從ERP(Enterprise Resource Planning即企業資源計劃,是制造業系統和資源計劃軟件)等上游系統讀取主生產計劃后,利用APS(Advanced Planning and Scheduling即高級計劃與排程,是企業管理軟件之一)進行自動排產,按交貨期、精益生產、生產周期、最優庫存、同一裝夾優先、已投產訂單優先等多種高級排產算法,自動生成的生產計劃可準確到每一道工序、每一臺設備、每一分鐘,并使交貨期最短、生產效率最高、生產最均衡化,這是對整個生產過程進行科學的源頭與基礎。
2.智能生產過程協同
為避免貴重的生產設備因操作工忙于找刀、找料、檢驗等輔助工作而造成設備有效利用率低的情況,企業要從生產準備過程上,實現物料、刀具、工裝、工藝等的并行協同準備,實現車間級的協同制造,可明顯提升機床的有效利用率。
隨著3D模型的普及,在生產過程中實現以3D模型為載體的信息共享,將CATIA、PRO/E、NX等多種數據格式的3D圖形、工藝直接下發到現場,做到生產過程的無紙化,也可明顯減少圖紙轉化與看圖的時間,提升工人的勞動效率。
3.智能的設備互聯互通
如圖4-14所示,通過信息化與生產設備等物理實體的深度融合,實現智能制造的生產模式。對企業來講,將那些貴重的數控設備、機器人、自動化生產線等數字化設備,通過機床聯網、數據采集、大數據分析、可視化展現、智能決策等功能,實現數字化生產設備的分布式網絡化通訊、程序集中管理、設備狀態的實時監控等。
圖4-14 智能的設備互聯互通
4.智能生產資源管理
通過對生產資源(物料、刀具、量具、夾具等)進行出入庫、查詢、盤點、報損、并行準備、切削專家庫、統計分析等功能,有效地避免因生產資源的積壓與短缺,實現庫存的精益化管理,可最大程度地減少因生產資源不足帶來的生產延誤,也可避免因生產資源的積壓造成生產輔助成本的居高不下。
5.智能質量過程管控
通過工業互聯網對生產現場設備的基本狀態、制造過程參數、工藝過程數據等進行實時采集、監測、動態預警、過程記錄和分析,從而實現對加工過程實時的、動態的、嚴格的工藝控制,對生產過程中的質量問題進行及時的處理,分析出規律,減少質量問題的再次發生,為技術人員與管理人員進行工藝改進提供科學、量化的參考數據,在以后的生產過程中,減少不好的參數,確保最優的生產參數,從而保證產品的一致性與穩定性。
6.智能決策支持
在整個生產過程中,系統運行著大量的生產數據以及設備的實時數據,這些數據都是企業寶貴的財富。對這些數據進行深入的挖掘與分析,系統自動生成各種直觀的統計、分析報表,如計劃制訂情況、計劃執行情況、質量情況、庫存情況、設備情況等,可為相關人員決策提供幫助。這種基于大數據分析的決策支持,可以很好地幫助企業實現數字化、網絡化、智能化的高效生產模式。
(三)智能工廠的基本特征
1.系統具有自主能力
可采集與理解外界及自身的資訊,并以之分析判及規劃自身行為
2.整體可視技術的實踐
結合訊號處理、推理預測、仿真及多媒體技術,將實境擴增展示現實生活中的設計與制造過程。
3.協調、重組及擴充特性
系統中各組承擔為可依據工作任務,自行組成最佳系統結構。
4.自我學習及維護能力
透過系統自我學習功能,在制造過程中落實資料庫補充、更新,及自動執行故障診斷,并具備對故障排除與維護,或通知對的系統執行的能力。
5.人機共存的系統
人機之間具備互相協調合作關系,各自在不同層次之間相輔相成。
(四)智能工廠的基本功能模塊
1.智能倉儲
自動備料,自動上料。
2.智能車間
自動生產,組裝,包裝。
3.智能品質管控
自動品質管控。
4.集成其他系統
與ERP,MES系統集成。
5.追溯管理
對材料,生產環節,品質管控等各個環節的追溯。
九、MES的選擇流程
首先是確定MES需求,然后是選擇合格供應商,在此企業需要進行決策的是:是走正規的招標流程,還是小范田的供應商進行系統演示,進行競爭性談判,這兩種方式各有利弊。但無論如何,建議企業在選擇供應商的時候.要從從企業實力及發展前景、產品技術實現、項目實施管理能力、售后的服務能力、咨詢顧問的實施能力及典型客戶的情況等角度等進行綜合考察,并且一定要明確“先技術,后商務”的步驟進行。
一般招標流程如圖4-15所示。